PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA PIROLISIS DE BIOMASA.

Procedimiento para la pirólisis ablativa de biomasa, oligómeros sintéticos,

polímeros sintéticos, gomas y/o plástico, con un elemento calefactor (22) y con varios medios (12) para el guiado de la biomasa, en el que el elemento calefactor (22) y la biomasa se comprimen uno contra otro durante la pirólisis con una presión de 5 bar a 200 bar (0,5 MPa a 20 MPa) y en el que la superficie en sección transversal de los medios (12) para el guiado cubre en total entre el 2% y el 80% de la superficie del elemento calefactor (22)

La invención se refiere a un procedimiento para la pirólisis ablativa de biomasa con un elemento calefactor y con medios para el guiado de la biomasa, así como una instalación para ello.

Como pirólisis se designa un proceso en el que material orgánico se descompone, con amplia exclusión de oxígeno y temperaturas de hasta aproximadamente 600 ºC, en productos de degradación líquidos, sólidos y gaseosos. El objetivo es la maximización de los productos de degradación líquidos, que se pueden utilizar de múltiples maneras como producto pirolizado con elevado contenido de energía. La pirólisis flash es apropiada sobre todo para la transformación técnica. El material orgánico a descomponer se calienta en poco tiempo a temperaturas de aproximadamente 450 ºC a 500 ºC y los productos de la pirólisis originados se condensan predominantemente para formar un producto pirolizado.

Los procedimiento que trabajan según el principio de la pirólisis flash se utilizan, por ejemplo, en reactores de lecho de arena, en los que partículas molidas finamente se mezclan con arena caliente y así se degradan de forma pirolítica (compárese WO 97/06886 Biomass Technology). Otros procedimientos utilizan registradores rotativos, calientes, contra los que se presiona el material orgánico con temperatura de 500 ºC a 900 ºC (Martin et al., “Ablative meeting of a solid cilinder perpendiculary pressed against a heated wall” en Heat Mass Transfer, vol. 29, nº 9, pág. 1407 – 1415, 1986). Otros procedimientos usan por el contrario placas de reactor fijas, calentadas, sobre las que se mueve el material orgánico a degradar (Bridgwater y Peacocke, Fast pyrolysis proceses for biomass, in Renewable & Sustainable. Energy Reviews 4, 2000, 1-73). Bridgwater y Peacocke describen completamente el estado de la técnica actual para instalaciones de laboratorio, piloto e industrias (en cuanto éstas existen). Es común a las instalaciones allí descritas que la estructura de los reactores y el tratamiento de los productos de la pirólisis sean proporcionalmente complicados. Además, las instalaciones mencionadas anteriormente requieren la descomposición de la biomasa en partículas sólidas muy pequeñas a fin de que la pirólisis se realice completamente. La producción de partículas tan finas requiere mucha energía y disminuye el rendimiento del procedimiento. J. Lede, Fuel, vol. 64, noviembre, pág. 1514 – 1520 da a conocer una modo de procedimiento de ensayos para la pirólisis ablativa. El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento sencillo y una instalación sencilla para la pirólisis del material orgánico.

El procedimiento según la invención es un procedimiento según la reivindicación 1. El procedimiento presenta un elemento calefactor y medios para el guiado de la biomasa, comprimiéndose uno contra otro el elemento calefactor y la biomasa con una presión de aproximadamente 0,5 MPa hasta aproximadamente 20 MPa durante la pirólisis. El suministro del calor al material se debe efectuar en este caso más rápidamente que el calor se evacua en el material a pirolizar, luego se produce la fusión en la superficie (pirólisis ablativa). El procedimiento funciona de forma especialmente rentable al aplicar estas presiones de apriete proporcionalmente elevadas. Según una forma de realización de la invención, la presión está entre aproximadamente 0,5 MPa y aproximadamente 15 MPa, preferiblemente entre aproximadamente 1 MPa y aproximadamente 10 MPa, especialmente preferiblemente entre aproximadamente 1 MPa y aproximadamente 8 MPa, ventajosamente entre aproximadamente 2 MPa y aproximadamente 6 MPa.

El elemento calefactor, con el que está en contacto la biomasa a degradar, se calienta a una temperatura que se sitúa por encima de la temperatura necesaria para una pirólisis óptima, ya que por el contacto con el elemento caliente la biomasa extrae este calor que no está disponible entonces para una pirólisis. El suministro de energía térmica del elemento calefactor a la superficie de contacto del material a pirolizar debe realizarse más rápidamente que el calor se evacua en el material a pirolizar. La temperatura se puede ajustar – también en función de la presión de apriete aplicada – en un amplio rango, por ejemplo, de aproximadamente 300 ºC hasta aproximadamente 1000 ºC, preferentemente de aproximadamente 400 ºC hasta aproximadamente 800 ºC, especialmente preferiblemente entre aproximadamente 500 ºC y aproximadamente 700 ºC, ventajosamente entre aproximadamente 550 ºC y aproximadamente 600 ºC.

El elemento calefactor está realizado como una placa plana o curvada que dado el caso está compuesta de segmentos individuales. El elemento calefactor se puede adaptar así de manera sencilla al tamaño de la instalación. Mediante la realización como placa curvada, la superficie calefactora disponible se puede aumentar con el mismo diámetro. La eliminación de los productos de la pirólisis se simplifica además si se usa un elemento calefactor curvado. La placa plana, sencilla es por el contrario una solución económica y realizable de forma sencilla para el elemento calefactor.

La placa que se usa como elemento calefactor es preferentemente circular. El diámetro de la placa puede variar en un amplio rango, por ejemplo, de aproximadamente 20 cm de diámetro para instalaciones de ensayo o piloto hasta aproximadamente 300 cm de diámetro para instalaciones industriales, que presentan una capacidad de aproximadamente 10.000 kg/hora.

Una forma de realización preferida del elemento calefactor se refiere a una placa perfilada, en la que el perfil crea espacio para la eliminación de los productos de la pirólisis. El perfil permite, en particular en el caso de un calentamiento directo del elemento calefactor, un calentamiento de la placa respectivamente directo antes del contacto con el material orgánico. Además, esta realización de la placa ahorra material. Otra ventaja es que el perfil, en particular si está configurado como ranura en la superficie del elemento calefactor, permite un transporte mejorado de los productos de la pirólisis. Se prefiere especialmente si el elemento calefactor está configurado con ranuras. Las ranuras dispuestas radialmente han demostrado ser muy apropiadas.

El elemento calefactor puede estar fabricado básicamente de cualquier material que resista bajo las condiciones del procedimiento, en particular presión, temperatura, conductividad térmica del calor y dado el caso agresividad de los productos de degradación pirolíticos. Las placas de metal y/o cerámica han demostrado ser muy apropiadas, dado el caso también combinaciones de estos materiales.

La biomasa apretada contra el elemento calefactor se descompone predominantemente en compuestos gaseosos y en una fracción menor en compuestos sólidos por el calor suministrado en la superficie / superficie de contacto. Se prefiere si el tiempo de permanencia de estos productos de la pirólisis gaseosos entre generación y tratamiento posterior está ajustado a un intervalo de tiempo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 segundos, preferentemente de menos de 5 segundos, especialmente preferiblemente de aproximadamente 2 segundos. Con vistas al elemento calefactor ha resultado por un lado que la biomasa fundida de forma ablativa le ha retirado la energía térmica al elemento calefactor, de forma que después de este intervalo de tiempo se ha ajustado una temperatura claramente reducida del elemento calefactor. Por otro lado, este intervalo de tiempo es suficiente para descomponer la biomasa mediante este procedimiento ablativo en componentes de bajo peso molecular, predominantemente gaseosos. El pequeño tiempo de permanencia de los productos de la pirólisis antes del tratamiento posterior permite el procesamiento de una fracción los más elevada posible de los productos de la pirólisis primarios, ya que la reacción no dura suficiente tiempo para la constitución de enlaces secundarios de la pirólisis.

Es significativo para el estado de la técnica en los procedimientos de pirólisis conocidos que la biomasa a disgregar se debe descomponer antes de la pirólisis en partículas sólidas muy pequeñas. Esto requiere un elevado gasto de energía y también un elevado coste en aparatos, de forma que el balance económico de los procedimientos conocidos resulta desfavorable. Bajo las condiciones del procedimiento según la invención, que piroliza de forma ablativa, se pueden pirolizar completamente por el contrario también sólidos proporcionalmente gruesos. Se pueden procesar tamaños de partículas de 0,5 mm hasta 70 cm, preferentemente 5 cm a 50 cm, especialmente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la pirólisis ablativa de biomasa, oligómeros sintéticos, polímeros sintéticos, gomas y/o plástico, con un elemento calefactor (22) y con varios medios (12) para el guiado de la biomasa, en el que el elemento calefactor

(22) y la biomasa se comprimen uno contra otro durante la pirólisis con una presión de 5 bar a 200 bar (0,5 MPa a 20 MPa) y en el que la superficie en sección transversal de los medios (12) para el guiado cubre en total entre el 2% y el 80% de la superficie del elemento calefactor (22).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la presión está entre 5 bar y 150 bar (0,5 MPa y 15 MPa), preferentemente entre 10 bar y 100 bar (1 MPa y 10 MPa), especialmente preferiblemente entre 10 bar y 80 bar (1 MPa y 8 MPa), preferentemente entre 20 bar y 60 bar (2 MPa y 6 MPa).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está calentado en el estado de funcionamiento a temperaturas entre 300 ºC y 1000 ºC, preferentemente entre 400 ºC y 800 ºC, especialmente preferiblemente entre 500 ºC y 700 ºC, ventajosamente entre 550 ºC y 600 ºC.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (22) es una placa plana o curvada que dado el caso se compone de segmentos individuales.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está configurado como placa perfilada, preferentemente como placa con ranuras.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como elemento calefactor (22) se utiliza una placa circular, preferentemente con un diámetro de aproximadamente 20 a aproximadamente 300 cm.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está fabricado de metal y/o cerámica.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de permanencia de los productos de la pirólisis primarios hasta otro tratamiento posterior está ajustado a un intervalo de tiempo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 segundos, preferentemente de menos de 5 segundos, especialmente preferiblemente de menos de 2 segundos.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa se descompone a un tamaño de partícula de aproximadamente 0,5 mm hasta aproximadamente 70 cm, preferentemente de aproximadamente 5 cm hasta aproximadamente 50 cm, especialmente preferiblemente de aproximadamente 15 cm hasta aproximadamente 30 cm.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está equipado de un dispositivo para el calentamiento directo o con un dispositivo para el calentamiento indirecto.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa realiza – adicionalmente al avance contra el elemento calefactor (22) – un segundo movimiento, preferentemente un movimiento de rotación referido al elemento calefactor (22) fijo.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa y el elemento calefactor (22) se mueven relativamente uno respecto a otro durante la pirólisis, estando dispuestos el elemento calefactor (22) y los medios (12) para el suministro uno respecto a otro con un ángulo de más de 10º, referido al eje que se define por la dirección de avance de la biomasa contra el elemento calefactor (22).

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento calefactor (22) rota durante la pirólisis.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa se mueve durante la pirólisis respecto al elemento calefactor (22).

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (12) para el guiado de la biomasa están configurados como perfiles en U o como perfiles de caja, en los que se guía la biomasa con los medios (10) para el transporte.

16. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (12) para el guiado están configurados como extrusor o transportador de tornillo sin fin o a la manera de un dispositivo de avance por rodillos.

17. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque varios medios (12) para el guiado de la biomasa están dispuestos hacia un elemento calefactor.

18. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (12) para el transporte están configurados como émbolo de presión, transportador de cadena (ramal superior) o como rodillos de presión.

19. Procedimiento según la reivindicación 1, con un elemento calefactor (22) y uno o varios medios (12) para el guiado de la biomasa, en el que la superficie en sección transversal de los medios (12) para el guiado de la biomasa recubre en total entre el 2% y el 75%, especialmente preferiblemente entre el 5% y el 70%, ventajosamente entre el 6% y el 50% de la superficie del elemento calefactor (22) durante la pirólisis.

20. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque están previstos medios (28) para la recogida de los productos de la pirólisis.

21. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como medio para la recogida está prevista una carcasa (28), que comprende el elemento calefactor (22) y los medios (12) para el guiado de la masa allí donde éstos están en contacto uno con otro durante la pirólisis, de forma que se recogen completamente los productos de la pirólisis, en particular sólidos y gases.

22. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (28) para la recogida de los productos de la pirólisis están diseñados de forma que los sólidos se separan de los productos de la pirólisis líquidos o gaseosos debido a la gravedad o mediante ciclones.

23. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (28) para la recogida de los productos de la pirólisis presentan dispositivos para el fraccionamiento de los productos de la pirólisis gaseosos.

24. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la energía para el calentamiento del elemento calefactor (22) se genera de la combustión de productos de la pirólisis, preferentemente carbón.

25. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como biomasa se utilizan oligómeros naturales, polímeros naturales, materias primas lignocelulosas y mezclas de estos materiales, abono líquido, lodo, en particular lodo de clarificación, residuos orgánicos como huesos, pieles, plumas, madera residual industrial y madera de construcción.

26. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el suministro del calor se realiza en este caso más rápidamente que el calor se evacua en el material a pirolizar.

27. Dispositivo para la pirólisis de biomasa, oligómeros sintéticos, polímeros sintéticos, goma y/o plástico, con un suministro de material (4) y una estación de pirólisis (6), en el que el suministro de material (4) presenta medios para la generación de una presión entre 5 bar y 200 bar (0,5 MPa y 20 MPa), que comprimen la materia prima a pirolizar contra la estación de pirólisis (6), y en el que la estación de pirólisis (6) presenta un elemento calefactor (22) que está calentado en el estado de funcionamiento a una temperatura entre 300 ºC y 1000 ºC, en el que la superficie en sección transversal de varios medios (12) para el guiado de la biomasa recubre en total entre el 2% y el 80% de la superficie del elemento calefactor (22).

28. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque está previsto un engranaje (18) que pone en rotación el elemento calefactor (22) en el estado de funcionamiento.

29. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque está previsto un dispositivo calefactor (24) para el elemento calefactor (22), que está diseñado para el calentamiento directo o indirecto.

30. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está fabricado de metal y/o cerámica.

31. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque el elemento calefactor (22) es una placa plana o curvada que dado el caso se compone de segmentos individuales.

32. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está configurado como placa perfilada, preferentemente como placa con ranuras.

33. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque el elemento calefactor (22) está equipado de un perfil orientado radialmente.

34. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque el elemento calefactor (22) y los medios (12) para el suministro están dispuestos uno respecto a otro con un ángulo de más de 10º, referido al eje que se define por la dirección de avance de la biomasa contra el elemento calefactor (22).

35. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque están previstos medios para el movimiento mediante los que se mueven los medios (12) para el guiado durante la pirólisis respecto al elemento calefactor (22).

36. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque los medios (12) para el suministro de la biomasa están configurados como perfil en U o como perfil en caja, en los que se guía la biomasa con medios (10) para el transporte.

37. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque los medios (12) para el guiado están configurados como extrusor o transportador de tornillo sin fin o a la manera de un dispositivo de avance por rodillos.

38. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque varios medios (12) para el guiado de la biomasa están dispuestos hacia un elemento calefactor (22).

39. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque los medios (10) para el transporte están configurados como émbolo de presión, transportador de cadena (ramal superior) o como rodillos de presión.

40. Dispositivo según la reivindicación 27, con un elemento calefactor (22) y uno o varios medios (12) para el guiado de la biomasa, en el que la superficie en sección transversal de los medios (12) para el guiado de la biomasa recubre en total entre el 2% y el 75%, especialmente preferiblemente entre el 5% y el 60%, ventajosamente entre el 6% y el 50% de la superficie caliente del elemento calefactor (22) durante la pirólisis.

41. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque están previstos medios (28) para la recogida de los productos de la pirólisis.

42. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque como medios para la recogida de los productos de la pirólisis está prevista una carcasa (28), que comprende el elemento calefactor (22) y los medios (12) para el guiado de la biomasa allí donde éstos están en contacto unos con otros durante la pirólisis, de forma que se recogen completamente los productos de la pirólisis, en particular sólidos y gases.

43. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque los medios (28) para la recogida de los productos de la pirólisis están diseñados de forma que los sólidos se separan de los productos de la pirólisis líquidos o gaseosos debido a la gravedad o mediante ciclones.

44. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque los medios (28) para la recogida de los productos de la pirólisis presentan dispositivos para el fraccionamiento de los productos de la pirólisis gaseosos.

45. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque está equipado de medios para la generación de energía que están diseñados de forma que en el estado de funcionamiento la energía para el calentamiento del elemento calefactor (22) se genera de la combustión de productos de la pirólisis, preferentemente carbón